用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的溫濕度采集系統(tǒng)軟件

0引言

目前，隨著對(duì)產(chǎn)品適應(yīng)各種環(huán)境條件要求的試驗(yàn)越來越多，用于其測(cè)試的環(huán)境設(shè)備也隨之增多，其中以溫度、濕度以及交變濕熱環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備最為常見，因而對(duì)這些環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)測(cè)試提出了更高的要求。

在環(huán)境試驗(yàn)箱等設(shè)備的溫濕場(chǎng)測(cè)試方面，我所通過多年的測(cè)試工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為了滿足當(dāng)前發(fā)展的需要，結(jié)合以前的工作經(jīng)驗(yàn)和較早開發(fā)的簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用程序，重新開發(fā)并整合了當(dāng)前較為綜合的溫濕度環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)即THXJ-20、THXJ-40系列（采集通道數(shù)不同）。該測(cè)試系統(tǒng)軟件融合了以前的功能，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、人性化的操作界面，從最大程度考慮用戶的使用方便。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)參照GB/T5170-1996系列、JJF1101-2003以及HB6783-93系列和GB9452-88，能進(jìn)行各種環(huán)境試驗(yàn)箱、烘箱或工業(yè)窯爐等試驗(yàn)空間的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的測(cè)試。

1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

整個(gè)溫濕度采集系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)組成部分：筆記本電腦，多路采集設(shè)備，鉑電阻，各種熱電偶，濕度傳感器和測(cè)試軟件。

測(cè)試系統(tǒng)軟件根據(jù)以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)集合了最新的幾大特點(diǎn)：

（1）        采用數(shù)據(jù)庫管理，提供強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)查詢功能；

（2）        具有記憶功能，可以直接進(jìn)入最新的上一次測(cè)試，而不必重復(fù)填寫相關(guān)的參數(shù)設(shè)置；

（3）        可以兼容多種多路采集設(shè)備，如912采集模塊，吉時(shí)利2700數(shù)據(jù)采集器，安捷倫34970A數(shù)據(jù)采集器等；

（4）        可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或定時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)無人值守測(cè)試；

（5）        可以顯示中心點(diǎn)溫度或濕度的監(jiān)控曲線，便于查看升降溫變化；

（6）        采集通道數(shù)量可擴(kuò)充。

（7）        具有數(shù)據(jù)回放功能，以曲線或Excel數(shù)據(jù)表的形式將歷史數(shù)據(jù)重現(xiàn)。

（8）        強(qiáng)大的打印功能，提供證書和原始數(shù)據(jù)的打印。

2軟件設(shè)計(jì)

采集軟件是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心部分，在設(shè)計(jì)上盡量考慮用戶的使用方便，減小測(cè)試人員的工作量為出發(fā)點(diǎn)。程序采用Visual Basic語言編寫軟件前臺(tái)界面，以Access數(shù)據(jù)庫作為后臺(tái)管理，在設(shè)計(jì)主要分為五大塊：用戶管理，傳感器管理，查詢系統(tǒng)，采集參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集主界面，如下面框圖所示：

（一）        用戶管理

軟件提供了用戶管理界面，管理員可以任意添件、刪除或修改測(cè)試人員相關(guān)信息；在登錄界面中提供了用戶選擇操作，系統(tǒng)測(cè)試完畢后，所選用戶將會(huì)被保存至數(shù)據(jù)庫中，便于日后的數(shù)據(jù)管理和查詢。

（二）        傳感器管理

傳感器主要分為三大類：鉑電阻、熱電偶和濕度傳感器。在傳感器管理界面中三者的基本信息是相同的，主要包括編號(hào)、類型、名稱、生產(chǎn)廠家、出廠編號(hào)等等這些基本信息；但具體參數(shù)的填寫是不同的，主要是參考各自的檢定證書，如鉑電阻需要填寫R0值、R100值和α值，在數(shù)據(jù)采集過程當(dāng)所選用的鉑電阻值轉(zhuǎn)化為溫度值需要調(diào)用其對(duì)應(yīng)的R0值和R100值；熱電偶需要輸入三組經(jīng)過檢定的溫度值和其對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值，這樣根據(jù)函數(shù)擬合可以計(jì)算出二次修正函數(shù)的系數(shù)Ai、Bi和Ci，在數(shù)據(jù)采集中當(dāng)對(duì)熱電偶采集過來的電壓值進(jìn)行修正時(shí)，就可以直接從數(shù)據(jù)中調(diào)用它們；對(duì)于濕度傳感器要求填寫斜率和截距值，一般在檢定證書上會(huì)給出標(biāo)準(zhǔn)的濕度值和其對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值，因此就要求對(duì)其進(jìn)行線性擬合，求出傳感器的斜率和截距，程序采用最小二乘法提供了函數(shù)的線形擬合界面，根據(jù)輸入的幾組值可以給出擬合的直線以及濕度傳感器的斜率和截距值，這樣在數(shù)據(jù)處理中根據(jù)采集來的電壓值調(diào)用斜率和截距就可以直接求出相對(duì)濕度。

這種對(duì)傳感器采用數(shù)據(jù)庫的管理方式一方面是便于管理者對(duì)各種傳感器信息的了解，另一方面在數(shù)據(jù)采集中便于數(shù)據(jù)的快捷處理，提高了效率。

（三）        查詢系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)查詢方面，軟件提供了強(qiáng)大的查詢功能，可以根據(jù)多種條件進(jìn)行查詢，如“送檢單位”、“測(cè)試人員”、“設(shè)備名稱”、“測(cè)試日期”，等等。根據(jù)查詢的條件得到相應(yīng)的測(cè)試基本信息，選中其中符合要求的一條點(diǎn)擊，可以查看此次測(cè)試的數(shù)據(jù)處理結(jié)果以及原始數(shù)據(jù)，對(duì)于原始數(shù)據(jù)程序提供了打印和導(dǎo)入到Excel表中的功能，方便用戶對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一些特殊處理。

（四）        采集參數(shù)設(shè)置

采集參數(shù)設(shè)置包括了測(cè)試基本信息的填寫，通道設(shè)置，采集信息設(shè)置和檢定點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理要求設(shè)置。

測(cè)試基本信息包括被測(cè)設(shè)備、檢定設(shè)備和測(cè)試環(huán)境三類信息。

通道設(shè)置是采集參數(shù)設(shè)置的核心部分，包括對(duì)溫度傳感器和濕度傳感器的設(shè)置。溫度傳感器可選用鉑電阻和熱電偶，當(dāng)選用熱電偶時(shí)程序會(huì)提示是否補(bǔ)償。軟件提供了“自動(dòng)補(bǔ)償”和“人工補(bǔ)償”兩種方式，“自動(dòng)補(bǔ)償”是選取某一通道的鉑電阻所測(cè)試的室溫值來補(bǔ)償；而“人工補(bǔ)償”是直接輸入補(bǔ)償?shù)臏囟戎怠穸葌鞲衅骺蛇x用兩種方式，即“干濕球”和“濕度傳感器”，也可以選擇無濕度測(cè)試。“干濕球”測(cè)量只有在溫度選取了鉑電阻時(shí)才可用，因?yàn)橐玫綔y(cè)溫的鉑電阻充當(dāng)干球，這樣才能計(jì)算出相對(duì)濕度。溫度或濕度傳感器的數(shù)量可以從下拉框中選取也可填寫，選擇完畢并確定后程序會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫順序調(diào)出所選傳感器，對(duì)于不合適的也可以修改。對(duì)于“O”或“Oh”位置對(duì)應(yīng)的傳感器程序會(huì)自動(dòng)記錄下來作為中心點(diǎn)的溫度或濕度傳感器。如果設(shè)定的方案需要經(jīng)常使用，程序提供了方案保存功能，則可以將該方案保存，下次進(jìn)入通道設(shè)置界面時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)方案即可。

采集信息設(shè)置主要是提供了串口選擇、采集方式選擇（手動(dòng)采樣和定時(shí)采樣）以及采樣周期、采集組數(shù)和采集硬件設(shè)備的選取與設(shè)置。

檢定點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理要求設(shè)置界面需要用戶設(shè)置檢定的溫度點(diǎn)或濕度點(diǎn)，同時(shí)給出溫度偏差要求范圍，濕度偏差要求范圍（有濕度測(cè)試）以及溫度均勻度和波動(dòng)度的要求，最后的數(shù)據(jù)處理結(jié)果根據(jù)此要求來判定該環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試的數(shù)據(jù)是否合格。

（五）        數(shù)據(jù)采集主界面

在數(shù)據(jù)采集主界面提供了“數(shù)據(jù)監(jiān)控”和“數(shù)據(jù)采樣”兩大塊，同時(shí)還附帶了通道設(shè)置和布點(diǎn)圖的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)監(jiān)控主要是監(jiān)控中心點(diǎn)的溫度或濕度在升降溫中的變化，包括圖像和數(shù)據(jù)同步列表顯示。當(dāng)有濕度測(cè)試時(shí)，溫濕度變化曲線在同一圖像中，便于測(cè)試人員的觀察。當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備到達(dá)設(shè)定溫度并穩(wěn)定后，可以根據(jù)按鈕提示進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，根據(jù)設(shè)定的通道數(shù)、采樣間隔和采集組數(shù)開始采集；如果選取“定時(shí)采樣”到達(dá)設(shè)定時(shí)間后會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)監(jiān)控切換到數(shù)據(jù)采樣，采集完畢后軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)設(shè)定的要求判斷是否合格。

在數(shù)據(jù)處理上，針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)軟件呈現(xiàn)不同的測(cè)試參數(shù)和計(jì)算結(jié)果，下面主要以GB/T5170-1996中溫濕箱測(cè)試為例做一說明。

在GB/T5170-1996溫濕箱測(cè)試中主要計(jì)算以下幾個(gè)參數(shù)：溫度上偏差、溫度下偏差、濕度上偏差、濕度下偏差、溫度波動(dòng)度以及溫度均勻度，各自的計(jì)算方法分別如下：

1、溫度上偏差與溫度下偏差：

ΔTup=Tmax- TN  ；      

ΔTdown=Tmin- TN  ；

其中： ΔTup--溫度上偏差,℃；

ΔTdowm--溫度下偏差,℃；

      TN --溫度標(biāo)稱值,℃；

      Tmax----所有測(cè)量點(diǎn)在30min內(nèi)的實(shí)測(cè)最高溫度, ℃；

Tmin--所有測(cè)量點(diǎn)在30min內(nèi)的實(shí)測(cè)最低溫度, ℃；

2、濕度上偏差與濕度下偏差：

ΔHup=Hmax- HN           

ΔHdown=Hmin- HN

其中： ΔHup-- 相對(duì)濕度上偏差,%RH；

      ΔHdown-- 相對(duì)濕度下偏差,%RH；

     Hmax-- 各測(cè)量點(diǎn)在n次測(cè)量中測(cè)得的最高相對(duì)濕度值，%RH；

     Hmin-- 各測(cè)量點(diǎn)在n次測(cè)量中測(cè)得的最低相對(duì)濕度值，%RH；

        HN -- 標(biāo)稱相對(duì)濕度值，%RH。

3、溫度波動(dòng)度：

其中：   ΔTf--溫度波動(dòng)度,℃；

Tfmax--中心點(diǎn)在n次測(cè)量中測(cè)得的最高溫度, ℃；

Tfmin--中心點(diǎn)在n次測(cè)量中測(cè)得的最低溫度, ℃。

4、溫度均勻度：

  

其中：   ΔTu--溫度均勻度,℃；

       n --測(cè)量次數(shù)；

       Tjmax--各測(cè)量點(diǎn)在第j次測(cè)量中測(cè)得的最高溫度, ℃；

       Tjmin--各測(cè)量點(diǎn)在第j次測(cè)量中測(cè)得的最低溫度, ℃。

上述列舉了在依據(jù)GB/T5170-1996測(cè)試溫濕箱時(shí)采用的數(shù)據(jù)處理方法，如果測(cè)試時(shí)選擇其他參考依據(jù)，軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程來處理采集數(shù)據(jù)。

3總結(jié)

整個(gè)軟件在設(shè)計(jì)過程中默認(rèn)設(shè)置基本按照GB/T 5170系列標(biāo)準(zhǔn)要求完成，如布點(diǎn)、采集間隔、采集組數(shù)、數(shù)據(jù)處理等，但相對(duì)單一的檢定規(guī)程，軟件自身又具有廣泛的靈活性和更大的拓展空間，測(cè)試人員可以根據(jù)自己的要求來完成設(shè)置。

綜上所述，用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的溫濕度采集系統(tǒng)軟件可以大大減輕測(cè)試人員的工作，提高對(duì)試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性，適合于各種溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

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